O Método Científico

Aplicações à Area de Ciências Sociais

Alexandre Nicolella

nicolella@usp.br

Universidade de São Paulo - Depto Economia/RP

2024-10-13

O Método Ciêntífico

A Ciência no Dia a Dia

Notícias

A ciência está presente em muitos aspectos do nosso dia a dia

Um Experimento Importante

Observações Iniciais: Mortes no Mar

Em longas viagens oceânicas (Séc XVIII), marinheiros adoeciam e morriam em grandes números.
Hipóteses iniciais: “ar ruim” e condições adversas como as causas (Teoria Miasmática).
Qual a verdadeira causa e quais as soluções?

O Experimento de James Lind (1747)

James Lind, médico naval britânico, foi pioneiro no uso de experimentos controlados.
Em 1747, testou diferentes tratamentos em marinheiros com escorbuto a bordo do HMS Salisbury.
Dividiu os marinheiros em grupos, cada um recebendo um tratamento diferente (vinagre, água do mar, cidra, etc.).
Apenas o grupo que recebeu limões e laranjas se recuperou.

A Descoberta Revolucionária

Cura do Escorbuto

Observação: os marinheiros que consumiram frutas cítricas melhoraram rapidamente.
Descoberta: A deficiência de algum “nutriente” presente nos cítricos era a causa do escorbuto.
Conclusão: A ingestão regular de frutas cítricas poderia prevenir a doença.

O Impacto

Salvando Vidas no Mar

Após o experimento de Lind, a Marinha Britânica adotou a prática de fornecer frutas cítricas aos marinheiros.
Redução significativa nas mortes por escorbuto em viagens longas.
O primeiro experimento controlado de Lind foi fundamental para entender a importância da vitamina C.

A Ciência

Perguntado “Por que”

Porque as coisas acontecem da forma como ocorreram.
Ciência é a atividade que tem o objetivo de ampliar o nosso conhecimento sobre o porque as coisas acontecem e da forma como ocorreram
Voltando a medicina até metade do século 19th pouco se sabia sobre doenças infecciosas e suas transmissões (Pasteur 1822 a 1895).

Perguntado “Por que”

Tábuas de Mortalidade.
Em 1662 John Graunt publicou a primeira tábua de mortalidade.
- Livro: Natural and Political Observations Made upon the Bills of Mortality(1662)
Pasteur consolidou a Teoria Microbiana da Doença e criou o processo conhecido com Pasteurização.
Em 1873 na academia de Medicina Francesa defende a tese que doenças contagiosas e processos infecciosos tem os microrganismos como responsáveis.

Mais um Exemplo

Ignaz Semmelweis: O Pai da Higiene Hospitalar

Quem foi Ignaz Semmelweis?

Médico húngaro nascido em 1818.
Trabalhou no Hospital Geral de Viena no século XIX.
Conhecido por suas contribuições na redução da mortalidade materna.

Observação Inicial

Alta taxa de mortalidade por febre puerperal (infecção pós-parto).
Semmelweis notou que mulheres que davam à luz na ala médica tinham taxas de mortalidade muito mais altas do que aquelas na ala de parteiras.

A Grande Descoberta

Um colega que trabalhava em uma autópsia se cortou e morreu com sintomas parecidos com os da febre puerperal.
Semmelweis observou que médicos realizavam autópsias e, sem lavar as mãos, atendiam parturientes.
Hipótese: Que a matéria cadavélica poderia ser a causa da febre puerperal.
Teste: Sugeriu a lavagem das mãos com uma solução de cloro antes de tocar em pacientes.

Resultados

Redução drástica na taxa de mortalidade por febre puerperal.
- A introdução da lavagem das mãos reduziu drasticamente as mortes por febre puerperal.
- De 18% de mortalidade para menos de 2% nas enfermarias.
O Choque da Comunidade Médica
- Apesar dos resultados, suas ideias foram amplamente rejeitadas por seus pares.
- Somente anos depois, com o avanço da teoria germinal das doenças, Semmelweis foi reconhecido.

Método Científico

Observar, Explicar e Testar

1. Observar

Noção clara dos fatos que envolvem o fenômeno que estamos investigando.

Observação Cuidadosa

A explicação de Semmelweis sobre a febre puerperal foi motivada por inúmeros fatos, todos produtos de observação cuidadosa.

Taxas de febre puerperal diferiam nas enfermarias.
Taxa mais alta nas alas tratadas por médicos
Sintomas similares de seu colega que estava morrendo.

2.Propor Explicação

Explicar algo é introduzir um conjunto de fatores que explicam como ou por que o efeito observado foi o caso.
Por que, por exemplo, o sol nasce e se põe diariamente?

História Explicativa

Portanto, a primeira etapa na tentativa de dar sentido a um conjunto de fatos intrigantes é propor o que poderíamos chamar de uma história explicativa, um conjunto de conjecturas que, se verdadeiras, explicariam o quebra-cabeça.

Testar Explicação

Como testar se uma explicação proposta está correta?

Primeiro observa-se as consequências da explicação.
- O que aconteceria se a explicação estivesse na direção correta?
Depois se propõe um desenho do experimento.
- Se obtemos os resultados preditos -> direção correta, caso não revisar.

Fácil Falar Difícil Fazer

Apesar da ideia simples do método científico, a implementação é bem mais difícil.

Objetivo da Ciência

Ciência: Tornar o mundo um lugar melhor para vivermos pela inovação tecnológica.
A teoria é importante:
- A teoria é o que nos permite explicar o mundo.
- Inovações técnicas surgem do entendimento teórico.

Método cientifico no dia a dia

O método científico é o tipo de solução que utilizamos no dia a dia.
Imagine que nas últimas semanas você não tenha dormido bem, pouco e acordou muitas vezes. Isso não é normal.
- Questão: Porque não estou dormindo bem?
- Teorias: Você teve que estudar para um exame que ira ocorrer na semana que vem até tarde.
  - Entretanto, não é a primeira vez que estuda para o exame e nunca teve esse problema.
  - Estava muito calor e você tomou um cha gelado que tem cafeína durante os estudos. Será que pode ter sido ele?
- Teste: Trocar o chá gelado por água gelada e ver se isso melhora o sono.
  - Se começar a dormir bem, existe uma chance da sua teoria estar certa.

O Uso Inadequado da Ciência

Credibilidade Fake

Nada pode fazer mais para dar um ar de credibilidade a uma reivindicação do que o sugestão de que foi “comprovado em estudos científicos” ou que é “apoiado por evidência científica”.

As pessoas afirmam, por exemplo, ter evidências científicas sólidas que extraterrestres visitaram a Terra
Que as plantas podem experimentar prazer e dor
Que os celulares causam tumores cerebrais,
Que os EUA governo participou ativamente nos trágicos ataques de 11 de Setembro e agora conspira para encobrir seu papel.

Vamos Pensar

Obsedidade no Brasil

Exercício

Fatos e Observações

Os brasileiros têm um sério problema de peso. Entre 2006 e 2019, o número de brasileiros que estão acima do peso e ou clinicamente obesos aumentou em 72%. Em 2019 o número de pessoas obesas foi de 20%.

Vamos montar uma ou mais explicações para o fenômeno abaixo. Não precisa estar correta, mas deve explicar o fenômeno, caso seja verdadeira.

OBSERVAÇÃO

Introdução: Fazendo observações precisas

Ciência é a arte de fazer boas observações
Observações possibilitam identificar e focar nos fatos relevantes do fenômeno
A observação pode dar pistas do porque o fenômeno acontece.
Os dados observacionais podem dar evidências para saber se diversas explicações podem ter sucesso ou falhar.
Nem sempre a observação é simples ou direta.
- Nem sempre sabemos qual dados são relevantes ao problema
- Muitas vezes é difícil coletar.

Exercício

Objetos ao nosso redor

Exercício

Objetos ao nosso redor

Vamos medir a quantidade de objetos que estão próximos dos alunos e professores dessa aula.

Antes de começar, temos uma série de questões…

As Questões

O que podemos classificar como um objeto?
- Livro? Marcador de livro? O postit? O quadro? O prego que segura o quadro?
O que queremos dizer com próximos?
- Ao alcance da mão? A uma distância de 10 metros? No espaço físico fechado que está?

Fazendo Observações Acuradas

Relevante

Para observações acuradas :

Ter clara noção de quais os fenômenos relevantes

Os fumantes possuem maiores taxas de doenças cardiovasculares que os não fumantes?
- O que significa fumantes de cigarros? E os que pararam de fumar recentemente? Quem já fumou alguma vez? Quantos cigarros por semana/mês?

Cuidadosa

Para observações acuradas:

Encontramos uma maneira de garantir que não negligenciamos nada no processo de fazer nossas observações?

Pense na cena de um crime o que estamos deixando passar que pode ser importante?

Exemplo

Willian James (1882) observa que muitos passageiros em uma viagem marítima ficavam doente/enjoados.

Observação: 15 deles não ficaram enjoados e eram surdos e mudos.
Hipótese: Pode ser fruto de um distúrbio temporário da parte interna do ouvido. Viu algo que os outros não viram….

Cuidado com os Viéses

Tendemos a ignorar muitos fatos importantes:

Cegueira a mudança.
- Exemplo: Foto de paris onde o carro ao fundo muda de cor. Muitos falham em notar essa mudança. https://www.youtube.com/watch?v=FaAIW8WFBq8
Cegueira desatenta:
- Exemplo: Experimento que time de basquete que passa a bola e você tem que contar o número de passes. Entre os passos uma pessoa vestido de macaco entra e bate no peito e sai. Ao perguntar se houve algo não usual, poucos respondem que sim.

Baseada em Fatos

Para observações acuradas:

O que sabemos com certeza? O que é baseado em fatos e o que é baseado em conjecturas ou suposição?

Exemplo

A Lua é maior quando ela está no horizonte? É um fato?

Teste. Estique o braço e meça a lua com o seu dedão quando ela estiver no horizonte, faça o mesmo quando ela estiver no alto. Verá que o diâmetro é igual.

Sempre pergunte:

O que eu realmente sei sobre os fenômenos sob investigação e o que estou assumindo com base no que me disseram ou ouvi, li, etc.?
Separando a Ficção do Fato:

Importante

Gaste tempo de observação e veja o que realmente está acontecendo, em vez de confiar implicitamente em suposições trazidas para investigação.

Suposições inocentemente incorporadas

Suposições que são incorporadas em nossas observações:
- “Você parou de beber?” Qualquer uma das respostas pressupõe que você bebia.
Perguntas “como” e “por que” pode nos tentar a aceitar como verdade aquilo que nos pedem para explicar.
- “Como a telepatia mental funciona?”

Comparação Adequada

Para observações acuradas:

Consideramos alguma informação comparativa necessária?

Exemplos

Afirmativa: Casais aparentemente inférteis, ao adotar uma criança, frequentemente dão a luz a um filho
Aqui devemos fazer comparações ao longo de alguns anos e entre grupos ver o fenômeno.
Análise: Com o comparartivo correto, não há diferença nas taxas de nascimento de quem adota e de quem não adota.

Contaminação

Para observações acuradas:

As nossas observações foram contaminadas por expectativas ou crenças?

Nossas experiências são coloridas pelas nossas crenças e expectativas.
Quando a experiência é processada através do filtro da crença e expectativa, podem distorcer o que observamos.
A tendência de focar seletivamente.
- Víes de Confirmação: Basear-se em evidências que apoiam nossas crenças e rejeitamos evidências que as refutam

Corrigindo crenças e expectativas:

Uso de instrumentos para aguçar e complementar os sentidos e
Uso de medidas quantitativas para descrever e registrar observações.

Encontrando Boas Explicações

Teoria e Hipótese: Explicação Científica

Hipótese:
- É um relato, embora especulativo, de como ou por que algo aconteceu.
- É provisória e não comprovada.
- Oferece uma explicação para um gama mais limitada de fenômenos - um único evento ou um fato.

Teoria e Hipótese: Explicação Científica

Teoria:
- Uma teoria é um corpo bem desenvolvido e bem confirmado de um material explicativo,
  - Teoria do big bang,
  - Teoria da evolução,
  - Teoria dos germes da doença.

Importante

Muitas vezes ouvimos: - “Isso é apenas uma teoria”

Como se fosse uma opinião.

Teoria e Hipótese: Explicação Científica

Teoria:
- O que tipifica as teorias na ciência é a amplitude e a profundidade de seu poder explicativo.
- As teorias tendem a ser mais gerais, estruturadas e capazes de explicar uma variedade muito maior de fenômenos.
- Conterão regras e princípios bem confirmados que revelam
  - Teoria Newtoniana: Explica qualquer coisa com massa…

A Causalidade

Causalidade

Uma maneira de explicar como ou por que algo ocorreu é dar um relato dos eventos que levaram a isso.
Apesar de causalidade ser comum no dia a dia, a relação causal nem sempre é direta e simples.
Vejamos algumas complexidades:

Complexidades da Causalidade

Pode ser fruto de uma combinação de causas. Alergia causada pela combinação de duas fonte, leite e ovo juntos, isoladamente não.
Pode ser sobre grupo e não indivíduo. Fumar cigarro causar câncer no grupo de indivíduos, pois aumenta a frequência
Os efeitos são resultados de múltiplas causas. Cigarro, amianto, anomalias genéticas, poluição das cidades….podem causar câncer.
O efeito não precisa estar invariavelmente conectado ao fator causal. Muitas pessoas que fumam não vão contrair ou morrer de câncer.
Pode conter uma sequencia de links, A->B->C

Mecanismo causal

Nos fornece a sequencia da causa:
Fumar cigarro causa câncer. Estamos confidentes da relação causal.

Questão

Qual a substância carcinogênica que está dentro do cigarro e que leva a um crescimento descontrolado de células cancerígenas? .

Liu, Yubin, et al. “Dysregulation of immunity by cigarette smoking promotes inflammation and cancer: a review.” Environmental Pollution (2023): 122730

A Correlação

É uma comparação de pares de características em uma população. Indica relação.
É comum assumir que duas coisas relacionadas estão conectadas de forma causal.

Exemplo

Correlação anos de estudo e renda – positiva. Podemos dizer que foi a educação que causou a renda?

Correlação pode ser uma grande coincidência: Correlação Espúria
Duas coisas correlacionadas não indicam que possuem uma relação causal.

Experimento: Fornecendo Respostas

Resolvendo as questões

As geleiras na America do Sul estão recuando?
- Medições cuidadosas de ano para ano devem fornecer a resposta.
A observação, por si só, não consegue lidar com muitas questões científicas interessantes e importantes.
1) Há aspectos da natureza (ou humana) que não podem ser observados nem direta nem indiretamente.
- Caso do Neutrino (Wolfgang Pauli, 1932). Subparticula atômica. Não tem carga, quase sem massa, muito pequeno, impossível de observar.

Resolvendo as questões

1) Há aspectos da natureza (ou humana) que não podem ser observados nem direta nem indiretamente.
- Caso do Neutrino (Wolfgang Pauli, 1932). Subparticula atômica. Não tem carga, quase sem massa, muito pequeno, impossível de observar.
2) As observações disponíveis são inconclusivas. Radioestesistas que encontram àgua com um graveto.
- Muitos afirmam que funciona, é um poder uma adivinhação educada?
3) Resolução poderá exigir informações que vão além daquelas fornecidas pela evidência observacional.
Formiga e o giz: não cruzam para não grudar as partículas.
- Responde a pergunta? O fato da formiga se comportar desse jeito não confirma a explicação.

O Método Científico segundo Richard Feynman

Faça uma Observação
- Observe um fenômeno no mundo natural.
Formule uma Hipótese
- Crie uma possível explicação para o fenômeno.
Faça Previsões
- Preveja o que acontecerá se sua hipótese estiver correta.
Teste com Experimentos
- Conduza experimentos para testar as previsões.
Reavalie a Hipótese
- Se os resultados não batem com as previsões, a hipótese está errada.

Exemplo

Exemplo do Método Científico:

Observação: Aves migratórias são capazes de navegar por mais de mil quilômetros.
Formule uma hipótese: As aves nascem com essa habilidade?
Faça previsões: Se esse é o caso pássaros na sua primeira migração irão navegar igualmente as aves mais velhas.
Experimento: Um pesquisador movel um grupo de pardais em mais de 1000 km a leste do seu local de origem nos EUA. Os pássaros mais velhos migraram para a direção correta e o mais novos para outra direção.
Reavalie a hipótese.

Confirmação e Rejeição

Experimentos nem sempre são tão fáceis de projetar e executar
Existem duas fontes potenciais de erro que podem afetar as descobertas de um experimento.
- Primeiro, um experimento pode ignorar fatores levando à falsa confirmação.
- Segundo, ignorar fatores que podem levar a falsa rejeição do experimento.

Tipos de Estudos e Relações Causais

A Questão da Causalidade

Obesidade no Brasil

No Brasil apresentou um aumento no número de crianças obesas.

Quais fatores podem ser responsáveis por esse aumento?
- Alimentação baseada em ultraprocessados?
- Pouco exercício?
- Muito tempo de Tela?
- Algum outro fator?
- Alguma combinação de fatores?

Estudos causais são a principal ferramenta pela qual pesquisadores confrontam tais questões.

As Dificuldade de Encontrar a Causalidade

O design de estudos causais e a avaliação de seus resultados apresentam uma série de problemas.
- Numero limitado de sujeitos e falta de validade externa
- Como garantir que não foi outro fator que influenciou o resultado
- Muitas vezes não consegue ser feito da maneira devida (dieta e obesidade de crianças)

Randomização, estudos prospectivos e retrospectivos

Estudos Causais Randomizados.

Os estudos causais: Randomização.
- Conjunto de sujeitos que antes do estudo eram muito parecidos.
- Nenhum havia sido exposto ao agente causal suspeito.
- Os sujeitos foram aleatoriamente designados para grupos tratamento e de controle.
- Somente então os sujeitos experimentais foram expostos à causa suspeita.
Forma mais rara de estudos nas Ciências Sociais Aplicadas

Exemplos de Randomized Control Trial (RCT) em Ciências Sociais e Direito

Exemplo: Impacto da Polícia Comunitária no Combate ao Crime

Estudo: Anthony A. Braga, David Weisburd, et al.”Problem‐oriented policing in violent crime places: A randomized controlled experiment”
Objetivo: O estudo analisou o impacto da polícia comunitária em bairros com alta criminalidade. Bairros foram randomicamente divididos em grupos que receberam patrulhas comunitárias extras e grupos que não receberam.
Resultado: Reduções significativas nas taxas de crime nos bairros que receberam maior presença policial.

Exemplo: Efeitos de Assistência Jurídica em Processos de Despejo

Estudo:Carroll Seron, et al. “The Impact of Legal Counsel on Outcomes for Poor Tenants in New York City’s Housing Court: Results of a Randomized Experiment”
Objetivo: Um RCT que comparou os resultados de inquilinos que receberam assistência jurídica gratuita com os que não receberam.
Resultado: Os resultados demonstram que a provisão de assistência jurídica gera grandes diferenças nos resultados para inquilinos de baixa renda, independentemente do mérito do caso.

Exemplo: Justiça Restaurativa em Casos de Crimes Violentos

Estudo: Lawrence W. Sherman et al.”Effects of face-to-face restorative justice on victims of crime in four randomized, controlled trials”
Objetivo: O estudo avaliou o impacto de programas de justiça restaurativa, onde as vítimas e ofensores se encontram em conferências mediadas, em casos de crimes violentos - quatro experimentos controlados.
Resultado: As meta-análises das oito estimativas sugerem o sucesso da justiça restaurativa, tanto como um ritual de interação quanto como uma política para reduzir os danos às vítimas.

Estudos Prospectivos.

Estudos prospectivos começam com sujeitos que já foram expostos ao agente causal sob investigação.
Observam um grupo ao longo do tempo, começando com um ponto inicial sem conhecimento do resultado.
O objetivo é identificar como variáveis ao longo do tempo afetam o resultado futuro.

Exemplo

Estudos prospectivos começou em 1976 na Harvard Medical School. 122.000 enfermeiros, com idades entre 30 e 55 anos, concordaram em preencher um questionário a cada dois anos sobre doenças e tópicos relacionados à saúde, incluindo tabagismo, uso de hormônios e estado da menopausa.

Estudos Prospectivos.

Mesmo os melhores estudos prospectivos se deparam com um grande obstáculo.
No início de qualquer estudo prospectivo, os sujeitos do grupo experimental já foram expostos ao fator causal suspeito
É sempre possível que outros fatores causais sejam responsáveis por alguma parte do efeito nos grupos experimental e de controle.
Pode ser um estudo relacional e não causal.

Exemplo

Enfermeiros que tomaram vitamina E tiveram menores taxas de doenças cardíacas. Mas pode ser que aqueles que tomam vitamina E tendam a cuidar bem de si mesmos, praticando exercícios, controlando o peso e comendo uma dieta saudável, todos fatores que contribuem para doenças cardíacas

Exemplos de Estudos Prospectivos em Ciências Sociais e Direito

Exemplo: Uso de Terapias de Reposição Hormonal e Cancêr de Mama

Estudo: Million Womaen Study Colaborator. “Breast cancer and hormone-replacement therapy: the Million Women Study (2003)” .
Objetivo: O Million Women Study foi criado para investigar os efeitos de tipos específicos de TRH no câncer de mama incidente e fatal.Foram recrutadas 1.084.110 mulheres do Reino Unido com idades entre 50 e 64 anos para o Million Women Study entre 1996 e 2001.
Resultado: O uso atual de TRH está associado a um risco aumentado de câncer de mama incidente e fatal.

Estudos Causais Retrospectivos.

Iniciam com o resultado final e trabalham de volta para encontrar as causas.
Identificar fatores que levaram a um resultado específico.
Estudos retrospectivos começam com dois grupos, controle e tratamento. Caso queira indentificar causalidade…
Tanto grupo controle como tratamento possuem indivíduos com e sem o efeito analisado.
Envolve olhar profundo para tentar descobrir os diferentes níveis do fator potencial de causa nos dois grupos.

Estudos Causais Retrospectivos.

Exemplo

Efeitos do chumbo em crianças. Pesquisa com 4.000 crianças de 4 e 15 anos entre 1999 e 2002. Incluiu 135 crianças com transtorno de déficit de atenção e hiperatividade (TDAH). Exames de sangue foram feitos em todas as 4.000.

As 135 crianças com TDAH apresentaram níveis de chumbo no sangue muito maior do que nas outras crianças.
- As crianças com TDAH tinham quatro vezes mais probabilidade de ter níveis elevados de chumbo no sangue
Questão: Pode-se concluir que a exposição ao chumbo pode causar TDAH?

Estudos Causais Retrospectivos.

Mesmo os melhores estudos retrospectivos podem fornecer apenas evidências fracas para um vínculo causal.
É extremamente difícil controlar outros fatores causais potenciais.
Correspondência reversa às vezes é possível em estudos retrospectivos. TDAH -> Chumbo?
- No estudo crianças com TDAH são mais propensas a comer tinta com chumbo ou inalar pó de tinta por causa de sua hiperatividade.

Cuidado

Crianças com TDAH tinham “quatro vezes mais probabilidade” de ter níveis elevados de chumbo no sangue.
NÃO PODEMOS CONCLUIR QUE: Crianças com níveis sanguíneos elevados têm “quatro vezes mais probabilidade” de ter TDAH.

Exemplos de Estudos Retrospectivos em Ciências Sociais e Direito

Exemplo:Há Diferença Remuneratórias por Gênero na Magistratura Brasileira?

Estudo Feld, B. C., Justice for Children: Rehabilitative and Punitive Models of Juvenile Justice (1999).
Objetivo: testar a hipótese de que há clara diferença entre as remunerações médias percebidas por juízes e juízas de 8 tribunais de justiça brasileiros.
Resultado: As diferenças nas médias remuneratórias persistem mesmo após o pareamento, o que pode ser explicado pelos mediadores de gênero, que operam gerando melhores oportunidades para homens em desfavor das mulheres.